変圧器の機能の背後にある科学的原理と、変圧器がどのように電圧を昇圧および降圧して電力の配給を容易にするかについて学びます。
トランスフォーマーは何をしますか?
変圧器 は、電磁誘導を利用して電流の特性をある回路から別の回路へ変換する装置です。 私たちが日常的に使用する電力のほぼすべては、どこかの時点で変圧器を介して処理されます。電力会社は変圧器を利用して、発電所から配電網に送電するための電圧を上昇させ、その後、日常の電気用途で使用できる電圧に戻します。
ファラデーの法則の応用: 変圧器の仕組み
それで、変圧器はどのように機能するのでしょうか?詳細を見ていきましょう。
変圧器には一対の巻線が含まれており、 ファラデーの電磁誘導の法則を適用して機能します。
- ACが一次巻線を通過し、変化する磁束が生成されます。
- 結果として生じる磁場は2番目の巻線に衝突し、電磁誘導によってその巻線にAC電圧を生成します。
理論上の理想的な変圧器では、回路間でエネルギーが逃げることはなく、2つの回路は無限に高い透磁率で完全に結合します。この理論的な変圧器を説明する方程式は次のとおりです。
VP = -NP (dɸ / dt)
VS = -NS (dɸ / dt)
これらの式内の記号の値は次のとおりです。
- V は瞬間電圧です。
- N 巻線の巻き数。
- dɸ / dt は、時間の経過に伴う巻線を通る磁束 (ɸ) の変化です。
- P と S はそれぞれ一次巻線と二次巻線を指します。
初期電圧と出力電圧の比は、一次巻線の巻数と二次巻線の巻数の比に等しくなります。たとえば、一次巻線の2倍の巻数を持つ二次巻線は、元の電圧の2倍の電圧を出力します。
現実には、コアの加熱、無効インピーダンス、またはその他の変数により、効率がいくらか低下することが常に発生します。それでも、電磁誘導は、さまざまな用途に応じて必要に応じて電圧を変更するのに便利な方法です。
動作原理: 昇圧トランスおよび降圧トランス
上で説明した巻線と電圧の比率は次のとおりです。
VP/VS = NP/NS
変圧器は電圧を大幅に変化させることができます。電圧を上げる変圧器は「昇圧変圧器」、電圧を下げる変圧器は「降圧変圧器」と呼ばれます。昇圧変圧器は、一般の人々に電気を配電するために不可欠です。これらの変圧器により、発電所は供給電圧レベルを十分に高く上げ、長距離を効率的に伝送できるようになります。電流が配電網に到達すると、降圧変圧器が電流をエンドユーザーの需要に適したレベルに戻します。
その他のタイプの変圧器
昇圧トランスおよび降圧トランスは、電磁誘導と電圧変化の基本原理を示しています。ただし、オーディオ、電気、計装などの特定の用途向けに、他の多くのタイプの変圧器が存在します。これらの変圧器はすべて、交流電力の誘導原理に基づいて動作しますが、それぞれの特定の機能を実現するために構造が異なります。これらの機能には、電圧のバランスをとったり、巨大な電圧を正確にダウンコンバートして、精密な機器が電流と電圧を読み取れるようにすることが含まれます。
